Atividade antibacteriana de curcumina mediada por inativação fotodinâmica e combinação com conservantes alimentícios

Mestrado em Biotecnologia Aplicada à Agricultura
Autor: Janaina Theila Pinheiro Meier
Orientador: Suelen Pereira Ruiz Herrig
Defendido em: 04/03/2026

Resumo

A segurança microbiológica dos alimentos permanece como um desafio global, impulsionando a busca por alternativas naturais e eficazes aos conservantes convencionais. Nesse contexto, a curcumina, um polifenol natural extraído de Curcuma longa, tem se destacado devido às suas propriedades antimicrobianas. Adicionalmente, apresenta potencial como fotossensibilizador em processos de inativação fotodinâmica antimicrobiana mediada por luz visível, promovendo a geração de espécies reativas de oxigênio capazes de causar danos às estruturas celulares microbianas. Além disso, a associação da curcumina com aditivos alimentares pode potencializar sua atividade e permitir a redução das concentrações aplicadas, contribuindo para estratégias mais seguras de conservação de alimentos. O presente estudo teve como objetivo avaliar a atividade antibacteriana da curcumina isolada, seu efeito sob fotoinativação e o potencial sinérgico em combinação com nisina e nitrito de sódio frente a microrganismos de interesse alimentar. A concentração inibitória mínima (CIM) e a concentração bactericida mínima (CBM) foram determinadas pelo método de microdiluição em caldo frente a Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria monocytogenes e Salmonella enterica subsp. enterica Typhi. A fotoinativação foi avaliada em suspensão bacteriana de S. aureus utilizando LED azul (450 nm) e diferentes concentrações de curcumina. O potencial de interação entre os compostos foi investigado por meio do método checkerboard, com determinação do índice de concentração fracionária inibitória (ICFI). Os resultados demonstraram atividade antibacteriana significativa da curcumina, com valores de CIM variando entre 0,78 e 3,12 mg/mL, sendo E. coli a bactéria mais sensível (0,78 mg/mL). Em comparação, a nisina apresentou CIM entre 12,5 e >25 mg/mL, enquanto o nitrito de sódio variou entre 12,5 e 100 mg/mL. A curcumina apresentou predominantemente efeito bacteriostático nas concentrações avaliadas e maior capacidade inibitória em relação aos conservantes convencionais. Nos ensaios de fotoinativação, observou-se redução progressiva da viabilidade de S. aureus, culminando em inativação total (≈7,2 log₁₀ UFC/mL) após 60 minutos de irradiação, correspondente a uma fluência óptica aproximada de 151 J/cm², demonstrando efeito dependente do tempo de exposição e da concentração do fotossensibilizador. A associação entre curcumina e nisina apresentou interação sinérgica tanto na ausência quanto na presença de fotoinativação, com valores de ICFI de 0,21 e 0,25, respectivamente, resultando em redução expressiva das CIMs individuais. Por outro lado, a combinação entre curcumina e nitrito de sódio apresentou efeito predominantemente aditivo ou indiferente, dependendo da condição experimental. Observou-se ainda diferença de resposta entre bactérias Gram-positivas e Gram-negativas nos ensaios de combinação e fotoinativação. Conclui-se que a curcumina apresenta elevado potencial como agente antimicrobiano natural, especialmente quando associada à nisina e aplicada sob fotoinativação, representando uma estratégia promissora para redução do uso de conservantes convencionais e para o desenvolvimento de tecnologias sustentáveis de conservação de alimentos.

Palavras-chave

Biopreservação. Fotoinativação. Nisina. Nitrito de Sódio. Staphylococcus aureus.

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Title

Antibacterial Activity of Curcumin Mediated by Photodynamic Inactivation and Combination with Food Preservatives

Abstract

The microbiological safety of food remains a global challenge, driving the search for natural and effective alternatives to conventional preservatives. In this context, curcumin, a natural polyphenol extracted from Curcuma longa, has stood out due to its antimicrobial properties. Additionally, it shows potential as a photosensitizer in photodynamic antimicrobial inactivation processes mediated by visible light, promoting the generation of reactive oxygen species capable of causing damage to microbial cell structures. In addition, the association of curcumin with food additives can enhance its activity and allow for a reduction in applied concentrations, contributing to safer food preservation strategies. The present study aimed to evaluate the antibacterial activity of isolated curcumin, its effect under photoinactivation, and the synergistic potential in combination with nisin and sodium nitrite against microorganisms of food interest. The minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) were determined by the broth microdilution method against Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, and Salmonella enterica subsp. enterica Typhi. Photoinactivation was evaluated in a bacterial suspension of S. aureus using blue LED (450 nm) and different concentrations of curcumin. The potential for interaction between the compounds was investigated using the checkerboard method, with determination of the fractional inhibitory concentration index (FICI). The results demonstrated significant antibacterial activity of curcumin, with MIC values ranging from 0.78 to 3.12 mg/mL, with E. coli being the most sensitive bacterium (0.78 mg/mL). In comparison, nisin showed MICs between 12.5 and >25 mg/mL, while sodium nitrite ranged from 12.5 to 100 mg/mL. Curcumin showed a predominantly bacteriostatic effect at the evaluated concentrations and greater inhibitory capacity compared to conventional preservatives. In photoinactivation assays, a progressive reduction in the viability of S. aureus was observed, culminating in total inactivation (≈7.2 log₁₀ CFU/mL) after 60 minutes of irradiation, corresponding to an approximate optical fluence of 151 J/cm², demonstrating an effect dependent on exposure time and the concentration of the photosensitizer. The association between curcumin and nisin showed a synergistic interaction both in the absence and presence of photoinactivation, with ICFI values of 0.21 and 0.25, respectively, resulting in a significant reduction in individual MICs. On the other hand, the combination of curcumin and sodium nitrite showed a predominantly additive or indifferent effect, depending on the experimental condition. A difference in response was also observed between Gram-positive and Gram-negative bacteria in the combination and photoinactivation assays. It is concluded that curcumin has high potential as a natural antimicrobial agent, especially when associated with nisin and applied under photoinactivation, representing a promising strategy for reducing the use of conventional preservatives and for the development of sustainable food preservation technologies.

Keywords

Biopreservation. Photoinactivation. Nisin. Sodium Nitrite. Staphylococcus